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鈮（Niobium），化學符號Nb，原子序數為41，是(shi)一(yi)種(zhong)(zhong)過渡金屬元(yuan)素。鈮單質是(shi)一(yi)種(zhong)(zhong)帶光澤的(de)(de)灰色金屬。高(gao)純度鈮金屬的(de)(de)延展性較高(gao)，但會隨雜(za)質含量的(de)(de)增(zeng)加而(er)變硬(ying)。鈮對于熱中子的(de)(de)捕獲截(jie)面很低(di)，因此在核工業上有(you)相當的(de)(de)用處。

發現歷史

當(dang)于1801年考察在大英博物(wu)館的礦石(shi)時，Charles Hatchett被一個標簽為columbite（鈳鐵(tie)礦）的樣本激起了興(xing)趣。他(ta)(ta)推測其(qi)包含一種新的金屬，他(ta)(ta)是對的。他(ta)(ta)加熱一塊(kuai)樣本與碳(tan)酸鉀，溶解產(chan)物(wu)到水(shui)中，添(tian)加了酸后獲得(de)了沉(chen)淀物(wu)。然而，進一步的處理也(ye)沒能生(sheng)產(chan)出元(yuan)素本身，他(ta)(ta)命名其(qi)為columbium（鈳——鈮(ni)元(yuan)素的舊(jiu)譯），被人們已知多年。

其他(ta)人則對鈳(ke)持懷疑態(tai)度，尤其是在(zai)接下來(lai)的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)年(nian)(nian)發(fa)現了(le)(le)鉭之(zhi)后。這些金屬在(zai)大(da)自然中一(yi)(yi)(yi)起出現，而且很難分離。在(zai)1844年(nian)(nian)德國(guo)化學(xue)家Heinrich Rose證(zheng)明(ming)了(le)(le)鈳(ke)鐵礦包(bao)含了(le)(le)這兩種元素(su)，他(ta)把(ba)columbium（鈳(ke)）命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)為(wei)niobium（鈮）。“Columbium”（鈳(ke)，符號Cb）是哈契特(te)(te)對新元素(su)所(suo)給的(de)(de)最早(zao)(zao)命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)。這一(yi)(yi)(yi)名(ming)(ming)稱在(zai)美(mei)國(guo)一(yi)(yi)(yi)直有(you)廣泛的(de)(de)使(shi)(shi)(shi)用，美(mei)國(guo)化學(xue)學(xue)會(hui)在(zai)1953年(nian)(nian)出版了(le)(le)最后一(yi)(yi)(yi)篇標題(ti)含有(you)“鈳(ke)”的(de)(de)論文；“鈮”則在(zai)歐(ou)洲通(tong)用。1949年(nian)(nian)在(zai)阿姆斯特(te)(te)丹舉辦的(de)(de)化學(xue)聯(lian)合會(hui)第15屆會(hui)議最終決定(ding)以(yi)(yi)“鈮”作為(wei)第41號元素(su)的(de)(de)正式(shi)命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)。翌年(nian)(nian)，國(guo)際純粹與(yu)應(ying)用化學(xue)聯(lian)合會(hui)（IUPAC）也采(cai)納了(le)(le)這一(yi)(yi)(yi)命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)，結束了(le)(le)一(yi)(yi)(yi)個世紀來(lai)的(de)(de)命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)分歧，盡管“鈳(ke)”的(de)(de)使(shi)(shi)(shi)用時(shi)間更早(zao)(zao)。這可(ke)算是一(yi)(yi)(yi)種妥協(xie)：IUPAC依北美(mei)的(de)(de)用法選擇“Tungsten”而非歐(ou)洲所(suo)用的(de)(de)“Wolfram”作為(wei)鎢的(de)(de)命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)，并在(zai)鈮的(de)(de)命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)上以(yi)(yi)歐(ou)洲的(de)(de)用法為(wei)先(xian)。具權威性的(de)(de)化學(xue)學(xue)會(hui)和政府機構都一(yi)(yi)(yi)般以(yi)(yi)IUPAC正式(shi)命(ming)(ming)(ming)名(ming)(ming)稱之(zhi)，但美(mei)國(guo)地質(zhi)調查局以(yi)(yi)及冶金業(ye)、金屬學(xue)會(hui)等組(zu)織至今仍使(shi)(shi)(shi)用舊名(ming)(ming)“鈳(ke)”。

當時，科(ke)學(xue)家(jia)未能有(you)效地把鈳（鈮(ni)）和性(xing)質極為相(xiang)似的(de)(de)(de)鉭區(qu)分開(kai)來。1809年，英國化(hua)(hua)學(xue)家(jia)威廉·海德·沃拉斯頓（William Hyde Wollaston）對鈳和鉭的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)物進行比較，得(de)出(chu)(chu)兩者(zhe)的(de)(de)(de)密度分別(bie)為5.918g/cm3及超過16.6g/cm3。雖然密度值相(xiang)差巨大，但(dan)他仍(reng)認為兩者(zhe)是(shi)完全相(xiang)同的(de)(de)(de)物質。另一德國化(hua)(hua)學(xue)家(jia)海因里希·羅澤（Heinrich Rose）在1846年駁斥這(zhe)一結(jie)論，并稱原先的(de)(de)(de)鉭鐵(tie)礦(kuang)樣本(ben)中(zhong)還(huan)存在著另外兩種元(yuan)素。他以希臘神(shen)話中(zhong)坦塔洛斯的(de)(de)(de)女兒尼俄伯(bo)（Niobe，淚水女神(shen)）和兒子珀羅普斯（Pelops）把這(zhe)兩種元(yuan)素分別(bie)命名為“Niobium”（鈮(ni)）和“Pelopium”。鉭和鈮(ni)的(de)(de)(de)差別(bie)細微，而(er)因此得(de)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)新“元(yuan)素”Pelopium、Ilmenium和Dianium實際上都只是(shi)鈮(ni)或者(zhe)鈮(ni)鉭混合物。

1864年，克利斯(si)蒂安·威廉·布(bu)隆斯(si)特蘭（Christian Wilhelm Blomstrand）、亨(heng)利·愛(ai)丁·圣克萊爾(er)(er)·德(de)(de)維爾(er)(er)和(he)路(lu)易(yi)·約瑟夫·特羅(luo)斯(si)特（Louis Joseph Troost）明確證明了鉭和(he)鈮是兩(liang)種不(bu)同的化(hua)學(xue)(xue)元素，并(bing)確定了一些相關化(hua)合物的化(hua)學(xue)(xue)公式(shi)。瑞士化(hua)學(xue)(xue)家(jia)讓-夏(xia)爾(er)(er)·加利薩·德(de)(de)馬(ma)里尼亞(ya)（Jean Charles Galissard de Marignac）在1866年進(jin)一步證實除鉭和(he)鈮以外別無其他元素。然而直(zhi)到1871年還有科學(xue)(xue)家(jia)發表有關Ilmenium的文(wen)章。

1864年(nian)(nian)(nian)，德馬里尼亞在(zai)(zai)氫(qing)氣中對氯化鈮(ni)(ni)進行還(huan)原反(fan)應，首次制成(cheng)(cheng)鈮(ni)(ni)金(jin)(jin)屬。雖然他在(zai)(zai)1866年(nian)(nian)(nian)已能(neng)夠制備不含鉭的(de)(de)鈮(ni)(ni)金(jin)(jin)屬，但要直到20世紀(ji)初，鈮(ni)(ni)才開始有商業上的(de)(de)應用(yong)：電(dian)燈泡燈絲(si)。鈮(ni)(ni)很快就被(bei)鎢(wu)淘汰了，因為鎢(wu)的(de)(de)熔點比鈮(ni)(ni)更(geng)高，更(geng)適合作燈絲(si)材(cai)料(liao)。1920年(nian)(nian)(nian)代，人們發(fa)(fa)現鈮(ni)(ni)可以加強(qiang)鋼材(cai)，這成(cheng)(cheng)為鈮(ni)(ni)一(yi)直以來(lai)的(de)(de)主要用(yong)途。貝(bei)爾實驗室的(de)(de)尤(you)金(jin)(jin)·昆(kun)茲勒（Eugene Kunzler）等(deng)人發(fa)(fa)現，鈮(ni)(ni)錫(xi)在(zai)(zai)強(qiang)電(dian)場、磁(ci)場環境(jing)下仍能(neng)保持超導(dao)性，這使鈮(ni)(ni)錫(xi)成(cheng)(cheng)為第一(yi)種能(neng)承(cheng)受(shou)高電(dian)流和磁(ci)場的(de)(de)物質(zhi)，可用(yong)于大功率磁(ci)鐵和電(dian)動(dong)機械(xie)。這一(yi)發(fa)(fa)現促使了20年(nian)(nian)(nian)后(hou)多股長電(dian)纜的(de)(de)生產。這種電(dian)纜在(zai)(zai)繞成(cheng)(cheng)線圈后(hou)可形成(cheng)(cheng)大型強(qiang)電(dian)磁(ci)鐵，用(yong)在(zai)(zai)旋轉機械(xie)、粒子加速器和粒子探測(ce)器當中。

純凈的(de)金屬(shu)樣本(ben)在1864年由Christian Blomstrand制取，他用氫氣加熱還原(yuan)氯化鈮(ni)實現(xian)。

元素簡介

元素信息

一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)金屬元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)。鈮(ni)(ni)(ni)(ni)能吸(xi)收氣(qi)體，用(yong)作除(chu)氣(qi)劑，也是一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)良好(hao)的(de)(de)(de)超(chao)導(dao)體。舊稱“鈳”。化學符號Nb，原子序數41，原子量(liang)92.90638，屬周期系ⅤB族。1801年(nian)英國查爾斯·哈切(qie)特(te)（Charles·Hatchett）在研究倫敦大(da)英博物館中(zhong)收藏的(de)(de)(de)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)鐵(tie)(tie)礦(kuang)中(zhong)分離出(chu)一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)新(xin)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)氧(yang)化物，并(bing)命(ming)名該元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)為(wei)columbium（中(zhong)譯名鈳）。1802年(nian)瑞典A.G.厄克(ke)貝里在鉭鐵(tie)(tie)礦(kuang)中(zhong)發現(xian)另一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)新(xin)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)tantalum。由于這兩種(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)性質(zhi)上(shang)非常相(xiang)(xiang)似，不(bu)少人認(ren)為(wei)它們是同(tong)一(yi)(yi)種(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)。由于它與鉭非常相(xiang)(xiang)似，起初他竟搞混(hun)了(le)。1844年(nian)德(de)意志(zhi)H.羅澤(ze)詳(xiang)細研究了(le)許多鈮(ni)(ni)(ni)(ni)鐵(tie)(tie)礦(kuang)和(he)鉭鐵(tie)(tie)礦(kuang)，分離出(chu)兩種(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)，才(cai)澄清了(le)事(shi)實真相(xiang)(xiang)。最(zui)后查爾斯·哈切(qie)特(te)用(yong)神(shen)話中(zhong)的(de)(de)(de)女神(shen)尼俄伯（Niobe）的(de)(de)(de)名字命(ming)名了(le)該元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)。在歷史上(shang)，最(zui)初人們用(yong)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)所在的(de)(de)(de)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)鐵(tie)(tie)礦(kuang)的(de)(de)(de)名字“columbium”來稱呼鈮(ni)(ni)(ni)(ni)。鈮(ni)(ni)(ni)(ni)在地殼中(zhong)的(de)(de)(de)含(han)量(liang)為(wei)0.002%，鈮(ni)(ni)(ni)(ni)在地殼中(zhong)的(de)(de)(de)自(zi)然儲(chu)量(liang)為(wei)520萬(wan)噸，可開采(cai)儲(chu)量(liang)440萬(wan)噸，主(zhu)要礦(kuang)物有(you)鈮(ni)(ni)(ni)(ni)鐵(tie)(tie)礦(kuang)、燒(shao)綠石和(he)黑稀金礦(kuang)、褐(he)釔鈮(ni)(ni)(ni)(ni)礦(kuang)、鉭鐵(tie)(tie)礦(kuang)、鈦鈮(ni)(ni)(ni)(ni)鈣鈰礦(kuang)。

同位素

自然產生的(de)(de)鈮由一種穩定同(tong)(tong)位(wei)(wei)(wei)素組成：93Nb。截至(zhi)2003年，已(yi)合成的(de)(de)放射(she)(she)性同(tong)(tong)位(wei)(wei)(wei)素共(gong)有(you)至(zhi)少32種，原子(zi)量(liang)在81和(he)113之間。其(qi)中(zhong)最穩定的(de)(de)是(shi)92Nb，半衰(shuai)期有(you)3470萬年；113Nb是(shi)最不穩定的(de)(de)同(tong)(tong)位(wei)(wei)(wei)素之一，其(qi)半衰(shuai)期估計只有(you)30毫(hao)秒。比93Nb更(geng)輕的(de)(de)同(tong)(tong)位(wei)(wei)(wei)素一般進行β+衰(shuai)變(bian)，比它(ta)重(zhong)的(de)(de)則會(hui)進行β-衰(shuai)變(bian)。例(li)外包(bao)括：81Nb、82Nb和(he)84Nb會(hui)進行少量(liang)β緩發質子(zi)發射(she)(she)，91Nb會(hui)進行電(dian)(dian)子(zi)捕(bu)獲和(he)正電(dian)(dian)子(zi)發射(she)(she)，而92Nb會(hui)同(tong)(tong)時進行正電(dian)(dian)子(zi)（β+）和(he)電(dian)(dian)子(zi)（β-）發射(she)(she)。

已知的核素(su)共有25種，質(zhi)量(liang)(liang)數(shu)介乎(hu)84至(zhi)104。這個質(zhi)量(liang)(liang)區間內的同(tong)(tong)位素(su)中，只有96Nb、101Nb和103Nb不具(ju)有同(tong)(tong)核異(yi)構(gou)(gou)體(ti)(ti)。最(zui)穩定的鈮(ni)同(tong)(tong)核異(yi)構(gou)(gou)體(ti)(ti)是93mNb，半衰(shuai)(shuai)期(qi)為16.13年(nian)；最(zui)不穩定的是84mNb，半衰(shuai)(shuai)期(qi)為103納(na)秒。除(chu)92m1Nb進(jin)行少量(liang)(liang)電子(zi)捕(bu)獲之(zhi)外，所有同(tong)(tong)核異(yi)構(gou)(gou)體(ti)(ti)的衰(shuai)(shuai)變方式都是同(tong)(tong)核異(yi)構(gou)(gou)體(ti)(ti)轉換或β衰(shuai)(shuai)變。

物理化學性質

物理性質

鈮(ni)(ni)是(shi)灰白色金(jin)屬(shu)，熔點(dian)2468℃，沸點(dian)4742℃，密度(du)8.57g/cm3。鈮(ni)(ni)是(shi)一種(zhong)帶光澤(ze)的(de)灰色金(jin)屬(shu)，具(ju)有(you)順磁性，高純度(du)鈮(ni)(ni)金(jin)屬(shu)的(de)延展性較高，但(dan)會隨(sui)雜質含(han)量的(de)增加而變硬。它的(de)最(zui)外電子層排(pai)布和其他(ta)的(de)5族元素非常不同。同樣的(de)現象也出現在前后的(de)釕（44）、銠（45）和鈀（46）元素上(shang)。

鈮

Z 元素每層電子數

23 釩 2, 8, 11, 2

41 鈮 2, 8, 18, 12, 1

73 鉭 2, 8, 18, 32, 11, 2

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